Міністерство освіти та науки України Національний унівеоситет «Львівська політехніка» Кафедра САПР Лабораторна робота №1 З курсу "Розробка систем комп’ютерного проектування" на тему «Аналіз предметної області» ФІЛЬТРИ. Фільтром називають пристрій, який передає (пропускає) синусоїдальні сигнали в одному певному діапазоні частот (у смузі пропускання) і не передає (затримує) їх у іншому діапазоні частот (у смузі затримання). Природно, фільтри використовують для передачі не тільки синусоїдальних сигналів, але, визначаючи смуги пропускання і затримування, орієнтуються саме на синусоїдальні сигнали. Знаючи, як фільтр передає синусоїдальні сигнали, звичайно досить легко опреділити (за допомогою спектрального аналізу), як він буде передавати сигнали і іншої форми. У пристроях електроніки фільтри використовуються дуже широко. Розрізняють аналогові і цифрові фільтри. У аналогових фільтрах оброблювані сигнали не перетворять у цифрову форму, а в цифрових перед обробкою сигналів здійснюється таке перетворення. Нижче розглядаються аналогові фільтри. Такі фільтри будують на основі як пасивних (конденсаторів, котушок індуктивності, резисторів), так і активних елементів (транзисторів, операційних підсилювачів). Для аналогової фільтрації широко використовуються також електромеханічні фільтри: п'єзоелектричні і механічні. У п'єзоелектричних фільтрах використовують природний і штучний кварц, а також п'єзокераміки. Основу механічного фільтра складає той чи інший механічний пристрій.
Рис. 1.1. Діапазони частот фільтрів і еквівалентна схема кварцового резонатора Важливо розрізняти вимоги, що пред'являються до фільтрів силової і інформаційної електроніки. Фільтри силової електроніки повинні мати як можна більший коефіцієнт корисної дії. Для них дуже важливою є проблема зменшення габаритних розмірів. Такі фільтри часто будують на основі лише пасивних елементів. До фільтрів силової електроніки відносяться згладжуючі фільтри. Фільтри інформаційної електроніки частіше розробляють при використанні активних елементів. При цьому широко використовують операційні підсилювачі. Фільтри, що містять активні елементи, називають активними. Нижче розглядються активні фільтри, в яких зазвичай не використовуються котушки індуктивності. Тому вони можуть бути виготовлені із застосуванням технології інтегральних мікросхем (котушки з великою індуктивністю не вдається виготовити за вказаною технологією). Нерідко активні фільтри виявляються дешевше відповідних фільтрів на пасивних елементах і займають менші габарити. Активні фільтри здатні підсилювати сигнал, що лежить у смузі пропускання. У багатьох випадках їх досить легко налаштувати. Зазначимо також і недоліки активних фільтрів: • використання джерела живлення; . • неможливість роботи на таких високих частотах, на яких використовувані операційні підсилювачі вже не здатні підсилювати сигнал. Розглянемо основні типи фільтрів, що класифікуються за видом амплітудно-частотних характеристик. Фільтри нижніх частот. Для фільтрів нижніх частот (ФНЧ) характерно те, що вхідні сигнали низьких частот, починаючи з постійних сигналів, передаються на вихід, а сигнали високих частот затримуються. Наведемо приклади амплітудно-частотних характеристик фільтрів нижніх частот. На рис. 1.5, а показана характеристика ідеального (не реалізується на практиці) фільтра (її іноді називають характеристикою типу «цегляна стіна»). На інших рисунках представлені характеристики реальних фільтрів. Смуга пропускання лежить в межах від нульової частоти до частоти зрізу
. Зазвичай частоту зрізу визначають як частоту, на якій величина
дорівнює 0,707 від максимального значення (тобто менше максимального значення на 3 дБ).
Рис. 1.5. АЧХ фільтрів нижніх частот. Смуга затримування (придушення) починається від частоти затримування
і продовжується до нескінченності. У ряді випадків частоту затримування визначають як частоту, на якій величина
менше максимального значення на 40 дБ (тобто мен...